Las aplicaciones incluyen ácido-base, host-guest, metal-complejo, solubilidad, partición, cromatografía y equilibrios redox.

El sistema en equilibrio químico estará a una temperatura, presión (o volumen) y composición constantes.

Estará aislado del intercambio de calor con el entorno, es decir, es un sistema cerrado.

Los cambios ocurren a nivel microscópico de átomos y moléculas, pero en una medida tan pequeña que no son medibles y de manera equilibrada para que las cantidades macroscópicas no cambien.

No es un equilibrio químico porque el proceso de descomposición se produce en una sola dirección.

El equilibrio termodinámico se caracteriza porque la energía libre para todo el sistema (cerrado) es un mínimo.

Una consecuencia es que el potencial químico debe definirse en términos de una presión estándar, po:[11]​

Por convención p o se toma generalmente a ser de 1 bar.

Esta reacción es fuertemente exotérmica , por lo que la constante de equilibrio disminuye con la temperatura.

La formación de amoniaco también se ve favorecida por la alta presión, ya que el volumen disminuye cuando tiene lugar la reacción.

La misma reacción, la fijación de nitrógeno, se produce a temperaturas ambiente en la naturaleza, cuando el catalizador es una enzima como la nitrogenasa.

Inicialmente se necesita mucha energía para romper el triple enlace nitrógeno-nitrógeno, aunque la reacción general es exotérmica.

[15]​[note 3]​ Las tres constantes no son independientes entre sí y es fácil ver que β2 = K1K2.

Los datos potenciométricos obtenidos con un electrodo de vidrio son los más utilizados con soluciones acuosas.

El equilibrio general se puede escribir como El estudio de estos complejos es importante para la química supramolecular[24]​[25]​ y el reconocimiento molecular.

Por ejemplo, en soluciones acuosas , los iones metálicos estarán presentes como iones acuáticos , por lo que la reacción para la formación del primer complejo podría escribirse como[note 5]​ Sin embargo, dado que el agua tiene un gran exceso, la concentración de agua generalmente se supone que es constante y se omite en las expresiones constantes de equilibrio.

La definición se puede ampliar fácilmente para incluir cualquier número de reactivos.

Para cualquier media reacción, el potencial redox de una mezcla real viene dado por la expresión generalizada[note 6]​

El potencial de equilibrio para una media reacción redox general está dado por[31]​

La actividad de una sustancia pura en estado sólido es una, por definición, por lo que la expresión se simplifica a

La extracción con disolventes se utiliza ampliamente en los procesos de separación y purificación.

El ligando, La-, forma un complejo con el ion metálico, Mb +, [MLx](b - ax)+ que tiene una superficie exterior fuertemente hidrofóbica.

Si el complejo no tiene carga eléctrica, se extraerá con relativa facilidad en la fase orgánica.

Por ejemplo, el nitrato de uranilo, UO2(NO3)2, es soluble en dietil éter porque el disolvente mismo actúa como un ligando.

Esta propiedad se usó en el pasado para separar el uranio de otros metales cuyas sales no son solubles en éter.

Actualmente extracción en queroseno se prefiere, el uso de un ligando tal como tributilfosfato, TBP.

La separación se produce debido a las diferentes afinidades de los analitos para la fase estacionaria.

[35]​ Por lo tanto, cuanto mayor sea la afinidad del soluto por la fase estacionaria, más lenta será la tasa de migración.

La fase estacionaria es en sí misma quiral y forma complejos selectivamente con los enantiómeros.

La separación se logra porque los diversos componentes en el gas tienen una solubilidad diferente en la fase estacionaria.